中影基地研发推出CG动画灯光制作软件

yszz •  2015-01-21 23:40:00  •  [ 后期制作 ]
中影电影数字制作基地自主研发了一套高效率的CG动画灯光制作软件,并将其集至Maya软件中。在与原有制作流程完全兼容的情况下,大大提高了灯光制作环节的制作效率。相对于原有的灯光制作方法,计算效率和操作流畅度提升了数十倍,灯光师工作效率提升了2倍以上。
来源:公众号“电科动态”
作者:雷振宇,中影电影数字制作基地有限公司总经理;徐易,中影动画分公司副经理;柳学成,中影后期分公司技术研发负责人

        灯光制作是CG动画制作流程中最令人头疼的环节。在以往的CG动画制作流程中,灯光环节需要汇总前期所有环节的数据资产,大量的数据会严重耗费硬件的内存和计算资源,使得软件运行效率低下,操作流畅性大大降低。这会给灯光师的操作体验和工作效率带来很大影响,使得灯光制作成为整个制作流程的瓶颈环节。为解决上述问题,中影电影数字制作基地自主研发了一套高效率的CG动画灯光制作软件,并将其集至Maya软件中。在与原有制作流程完全兼容的情况下,大大提高了灯光制作环节的制作效率。经过实际使用测试,相对于原有的灯光制作方法,这套CG动画灯光制作软件的计算效率和操作流畅度提升了数十倍,灯光师工作效率提升了2倍以上。

1、CG动画制作流程介绍以及实际生产中存在的问题
        目前CG动画制作的通用流程可描述如下:


        按照以往的制作方式,灯光环节会将建模、绑定、材质、动画环节生成的资产和数据全部导入进来。


        
        以中影电影数字制作基地制作的测试短片为例(下图),在镜头的制作中,灯光环节把所有资产导入后,Maya软件占用的内存超过16GB,灯光制作环节场景导入时间长达10分钟左右,Maya软件的响应帧率会降至每秒一帧左右,制作完的灯光文件导出到渲染环节所耗费的时间也达到每帧3分钟左右。灯光制作人员几乎无法在这种状态下进行工作。另外,这种规模的场景,直接进入渲染集群后,对于渲染节点的性能要求也会非常高。


2、CG动画灯光制作软件的优点
        通过CG动画灯光制作软件,我们可以数十倍地提升软件效率。以上图镜头为例,采用CG动画灯光制作软件后,占用内存由16G降至约4G,场景导入速度由15分钟缩减到14秒,灯光制作时的交互操作响应频率由每秒一帧提升至每秒30帧左右,灯光文件导出速度由每帧3分钟缩减到3秒钟。另外,在渲染集群渲染文件时,该软件只会占用渲染节点很少的资源,对于渲染节点的性能要求也会比较低。

3、CG动画灯光制作软件的研发理念

3.1 为什么会出问题?

        Maya软件在对制作大场景的灯光时,为什么会出现效率上的问题呢?这需要从Maya软件的内部运行原理讲起。

        Maya软件内部所有场景数据是以有向无环节点图的形式组织的,所有节点的数据都存储在内存中。一个最基本的节点图可以描述如下图。如果场景非常复杂,那么下图的节点图也会变得非常庞大,节点之间的连接关系也会变得非常复杂。


        每一次Maya软件要把场景显示在界面中,如果有节点的数据发生了改变,Maya软件都会把该节点所在层级以上的节点图全部遍历一遍,以计算出当前的显示结果。这也是为什么在Maya中制作大场景的灯光时,效率会严重下降的主要原因。

3.2 核心数据结构的设计理念

        在灯光环节的制作过程中,灯光师关心的只是整个节点图中的少量必要数据和结果。只要是能够“对必要的数据做简化,并且隐藏一切不需要的数据”,那么灯光制作软件的效率就能够得到大幅提升。这就是CG动画灯光制作软件核心数据结构的设计理念。

        按照这个理念,我们重新设计了一套场景描述文件、场景树结构(包括模型、绑定、动画、材质数据)和灯光树结构,将最简单的、最必要的数据呈献给灯光师,也把灯光师不需要看到的数据隐藏掉。另外,为了在更大程度上提升软件的效率,我们还利用了GPU技术,将主要数据直接存储于GPU Locator中做GPU处理。

        此外,为了保证该系统的灵活性,我们也研发了数据调度技术,使得软件能够以最快的速度调取出制作人员需要的任何数据,而不对软件效率产生明显影响。

3.3软件工具开发的理念

        灯光制作只是CG动画制作流程中的一个环节,因此,灯光制作软件必须要与整个流程无缝衔接。为了实现无缝连接,灯光制作软件一方面要与流程前后端进行文件传递上的无缝衔接,即要能够接前端收动画和材质环节的数据,又要能够输出渲染器所需要的渲染文件数据(目前我们开发的软件主要支持Renderman和MentalRay,对Arnold的支持正在开发过程中)。另一方面,我们将该系统开发成一套Maya插件,以实现与Maya软件的无缝衔接,从而使制作人员在无需改变工作习惯的情况下,就能够快速上手,提高灯光环节制作效率。
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